Мощное тепловое решение для охлаждения связи 5G
Отвод тепла является важным звеном в обеспечении долгосрочной безопасной и надежной работы электронных устройств и изделий. Поскольку это наиболее широко используемая область для устройств рассеивания тепла, таких как микросхемы, развитие коммуникационных и информационных технологий способствовало тому, что рассеяние тепла или тепловое проектирование превратилось в систематическую отрасль. Исследования и разработки в области энергетики, безопасности, бытовой электроники, автомобилестроения, светодиодов и т. д. также все больше уделяют внимание тепловым характеристикам продукции, чтобы иметь больше преимуществ в конкурентоспособности на рынке. В настоящее время коммуникационные и информационные продукты 5G развиваются с целью увеличения пропускной способности, более высокой производительности, энергоэффективности и низкого уровня шума. Уровень интеграции устройств растет, появляются более мощные однокристальные функции и значительно увеличивается энергопотребление. Однако компоновка становится более компактной, а плотность теплового потока увеличивается вдвое, что создает серьезные проблемы для тепловых технологий.
Традиционные тепловые системы в основном полагаются на однофазные материалы для проведения тепла от устройства к поверхности радиатора, а затем рассеивания тепла в окружающую среду посредством естественной конвекции (система естественного охлаждения) или принудительной конвекции (система принудительного воздушного охлаждения). воздух. Эффективность теплопроводности зависит от собственной теплопроводности материала, а также ограничивается ею.
Технология теплопередачи с фазовым переходом, представленная тепловыми трубками и VC (паровой камерой), использует среду для испарения в нагретой зоне и конденсации в охлаждаемой зоне, при этом поглощая или высвобождая соответствующую скрытую теплоту фазового перехода, поочередно циркулируя для достижения быстрой диффузии. или миграция тепла. Поглощение и выделение скрытой теплоты — быстрый и эффективный процесс, и при использовании двухфазной теплопередачи обычно выбирают рабочие жидкости с более высокой скрытой теплотой, что приводит к очень высокой эффективности теплопередачи. Эквивалентная теплопроводность может достигать более 2000 Вт/м · К.
Паровая камера в настоящее время является наиболее широко используемым продуктом для теплопередачи с фазовым переходом в коммуникационной и электронной промышленности, где используются отработанные процессы, отличные от тепловых трубок. Типичный ВК представляет собой плоскую замкнутую форму, состоящую из оболочки, капиллярной структуры, опорной структуры и рабочей жидкости. За счет испарения, конденсации и капиллярного транспорта рабочей жидкости достигается эффективная теплопроводность, распространяющая тепло от сосредоточенной области ко всей плоскости конструкции.
Благодаря преимуществам капиллярных характеристик большой площади и двумерной или даже трехмерной термодиффузии, ВК обладает более высокой пропускной способностью теплового потока, особенно для охлаждения электронных устройств с плотностью теплового потока, превышающей 50 Вт/см2. Эффект выравнивания температуры значительно лучше, чем у подложек из чистого металла или встроенных тепловых трубок, что может значительно повысить эффективность радиаторов. В условиях тенденции развития чипов с плотностью теплового потока, превышающей 100 Вт/см2, VC, несомненно, является ключевой технологией, способствующей повышению производительности коммуникационного оборудования.
Более высокая производительность ВК часто соответствует локальному уплотнению капиллярной структуры в зоне испарения, соответствующей расположению источника тепла. Помимо усиления капиллярной силы и рефлюкса жидкости, поверхность этих капиллярных структур также расширяет площадь испарения и увеличивает скорость испарения. С этой точки зрения конструкция также включает слой капиллярного материала, покрывающий внешнюю часть зашифрованной структуры из чистого металла. Поскольку чистые металлы, особенно чистая медь, имеют более высокую теплопроводность, чем капиллярные структуры, внутренний чистый металл более эффективно проводит тепло к поверхностной капиллярной структуре, а прочность чистых металлов также выше. Существуют различные конструктивные исполнения этого типа, а пропускная способность теплового потока ВК может достигать 30-100Вт/см2.
С тенденцией развития микросхем с высоким энергопотреблением и высокой плотностью теплового потока растет спрос на характеристики выравнивания температуры VC. Оптимизационный дизайн ВК должен улучшить характеристики капилляров, одновременно повышая эффективность теплопроводности и транспорта газа и жидкости из различных аспектов материалов и структур, тем самым значительно снижая термическое сопротивление ВК. Только тогда разница температур от источника тепла до холодной поверхности ВК может быть сравнима с текущим уровнем в условиях применения низкой плотности теплового потока, даже при увеличении рабочей плотности теплового потока в два или даже в несколько раз.
